[发明专利]一种高强度、高吸水率和高透明度水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度、高吸水率、高透明度的水凝胶及其制备方法，其制备过程为，利用泊洛沙姆F127与丙烯酰氯进行酯化反应，得到两端双键功能化的F127‑DA，再将F127‑DA溶于磷酸缓冲溶液中自组装成胶束，加入N‑羟乙基丙烯酰胺与引发剂，搅拌均匀，充分除氧后在加热条件下自由基共聚，即得到高强度、高吸水率、高透明度水凝胶。本发明操作简单易行，所制得的水凝胶具有较高的拉伸强度和压缩强度，具有超高的吸水率和透明度，其断裂应力可达0.16MPa，断裂伸长率可达1100％，在压缩应变为90％时的压缩强度可达6.00MPa，溶胀率可达1400％，透光率可达98％。所制备的水凝胶可广泛应用于组织工程材料、生物传感器等生物医学领域。

技术领域

本发明涉及水凝胶领域，具体说的是一种高强度、高吸水率和高透明度的水凝胶的制备方法。

背景技术

高分子水凝胶是一种湿和软的具有三维网状结构的高分子材料。水凝胶具有良好的生物相容性、吸水性、环境响应性等优异性能，使其在工业、农业、生物医学等领域具有广阔的应用前景。由于普通的水凝胶力学性能差，即强度低、韧性差，限制了其在各方面的应用，因此高强度水凝胶已成为国内外的研究热点，典型的代表有双网络水凝胶、纳米复合水凝胶、滑环水凝胶、大分子微球复合水凝胶、四臂聚乙烯醇水凝胶等等。但是这些高强度水凝胶也有其不足之处。例如双网络水凝胶制备过程复杂，耗时长；滑环水凝胶和四臂聚乙烯醇水凝胶需要特殊结构的凝胶前体，制备过程复杂；大分子微球复合水凝胶由于其微凝胶的尺寸限制影响了其进一步推广应用。

动态交联作用是一种可逆的物理交联作用，诸如疏水缔合作用、氢键作用、离子相互作用、胶束交联等等。由于其容易被破坏和重建，而且容易构建，相对于传统的化学交联作用，对于制备高强度水凝胶更有优势，因此将两种或两种以上的动态交联作用引入水凝胶中来增强水凝胶的强度和韧性以及其他方面的性能已成为一大热点。发展这种水凝胶对于推动其实际应用具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度、高吸水率和高透明度的水凝胶的制备方法，该水凝胶具有很高的强度、吸水率和透明度，且制备工艺简单易行。

技术方案的具体步骤如下：

1)端双键功能化泊洛沙姆F127-DA的合成：将泊洛沙姆F127于冰水浴条件下溶于精制二氯甲烷中，充分溶解后加入丙烯酰氯和三乙胺，搅拌均匀后得到均一透明溶液，升至室温条件下继续搅拌一段时间，将所得溶液过滤，得到的滤液旋蒸除去溶剂，用甲苯重结晶，真空干燥后得到两端双键化的F127-DA。

2)水凝胶的合成：将步骤1)所得到的F127-DA加入磷酸缓冲溶液中，搅拌均匀后加入N-羟乙基丙烯酰胺胺和引发剂，充分除氧后，在恒温水浴锅中充分反应得到高强度、高吸水率和高透明度水凝胶。

所述步骤2)中，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或相关水溶性氧化还原引发剂中的任意一种。

所述步骤2)中F127-DA加入磷酸缓冲溶液中，搅拌均匀后加入N-羟乙基丙烯酰胺和引发剂，其中，F127-DA浓度为0.004～0.006mol/L，N-羟乙基丙烯酰胺浓度为2～6mol/L，引发剂加入量为F127-DA与N-羟乙基丙烯酰胺单体摩尔总量的0.1～0.5％，磷酸缓冲液pH值为3.0～8.0。

所述步骤2)中恒温水浴锅中充分反应的温度条件为25～60℃，反应时间为4～24小时。

本发明的有益效果为：

1)本发明所制备的高强度、高吸水率和高透明度水凝胶是将胶束交联、氢键交联、分子链缠结三种物理动态交联作用引入到水凝胶中，使得水凝胶在拉伸、压缩的过程中，利用胶束的变形与错位、氢键和链缠结作用的破坏与重建使水凝胶的强度大大提高，由于这些动态交联作用属于物理键，相对于共价化学交联的水凝胶来说，其破坏与重建是可逆的，从而赋予了水凝胶更好的力学性能。此外，由于水凝胶中氢键交联点较多，其对水的吸收率也大大提高，从而增强了其透明性能。